KR20110015656A - Cylindrical battery - Google Patents
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Abstract
바닥있는 원통형 전지 케이스(1)의 개구부가 조립 봉구체(5)에 의해 봉구된다. 조립 봉구체(5)는 상측 밸브판(13), 하측 밸브판(15) 및 바닥판(16)을 가지고 있다. 바닥판(16)에는 내부 가스 배출 구멍(21)이 형성되어 있다. 내부 가스 배출 구멍(21)은, 전지 케이스(1)의 축방향으로 보았을 때 적어도 일부분이 하측 밸브판 (15)의 밸브 구멍 형성부(15b)와 겹쳐져 있다. 이러한 구성에 따르면, 예컨대 전지 내압의 상승에 의해 전극군(20)이 조금씩 위로 올라가고, 그에 따라 바닥판(16)이 밀려올라가도 밸브 구멍이 막히는 일이 없다.The opening of the bottomed cylindrical battery case 1 is sealed by the assembly sealing body 5. The assembled sealing member 5 has an upper valve plate 13, a lower valve plate 15, and a bottom plate 16. The bottom plate 16 is formed with an internal gas discharge hole 21. At least one portion of the internal gas discharge holes 21 overlaps with the valve hole forming portion 15b of the lower valve plate 15 when viewed in the axial direction of the battery case 1. According to this structure, even if the electrode group 20 rises little by little by the increase of battery internal pressure, for example, even if the bottom plate 16 is pushed up, a valve hole does not become clogged.
Description
본 발명은 원통형 전지에 관한 것으로서, 특히 원통형 전지의 안전성을 향상시키기 위한 봉구 구조의 개량에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a cylindrical battery, and more particularly, to an improvement in a sealing structure for improving the safety of a cylindrical battery.
원통형 전지는, 일반적으로, 발전 요소를 수납하는 바닥있는 원통형의 금속제 전지 케이스를 가지고 있다. 전지 케이스의 개구부는, 금속제 봉구판 또는 조립 봉구체에 의해 봉구된다. Cylindrical batteries generally have a bottomed cylindrical metal battery case that houses a power generating element. The opening of the battery case is sealed by a metal sealing plate or an assembly sealing body.
조립 봉구체는 전지의 안전성을 확보하기 위한 밸브 기구를 갖는다. 전지에 이상이 발생하고, 전지 케이스의 내부의 압력이 소정값 이상으로까지 상승하면 밸브 기구가 작동하여 전지 케이스의 내부의 가스가 방출된다. 이에 따라, 전지 케이스에 균열 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다. The assembly sealing body has a valve mechanism for ensuring the safety of the battery. When an abnormality occurs in the battery and the pressure inside the battery case rises to a predetermined value or more, the valve mechanism is operated to release gas inside the battery case. Thereby, it can prevent that a crack etc. generate | occur | produce in a battery case.
도 6에 종래의 원통형 전지의 일례를 나타내었다. 전지(100)는 리튬 이온 이차전지로서, 전지 케이스(102)의 내부에 양극(104) 및 음극(106)을 세퍼레이터 (108)를 사이에 두고 소용돌이 형태로 권회한 전극군(110)이 수납되어 있다. 전지 케이스(102)의 개구부는, 조립 봉구체(112)에 의해 봉구되어 있다. 6 shows an example of a conventional cylindrical battery. The
조립 봉구체(112)는, 최하부에 바닥판(115)이 배치되고, 최상부에 외부 단자판(116)이 배치되고, 그들 사이에 상측 밸브판(118), 하측 밸브판(120), 환형의 PTC 서미스터판(122) 및 환형의 절연 부재(124)가 배치되어 있다. 상측 밸브판 (118) 및 하측 밸브판(120)은 전지 케이스(102)의 내압이 이상 상승했을 때 중앙에 밸브 구멍을 개구시키도록 환형의 파단 용이부(118a 및 120a)가 각각 형성되어 있다. 또한, 조립 봉구체(112)의 바닥판(115)의 가장자리부 부근에는 복수 개의 가스 배출 구멍(115a)이 형성되어 있다. 또한, 외부 단자판(116)에도 복수 개의 가스 배출 구멍(116a)이 형성되어 있다. As for the
이상의 구성에 의해, 전지 케이스(102)의 내압이 이상 상승하면, 상측 밸브판(118) 및 하측 밸브판(120)의 파단 용이부(118a 및 120a)가 파단되어 밸브 구멍이 열리고, 전지 케이스(102)의 내부의 가스가 외부로 해방된다. With the above configuration, when the internal pressure of the
그러나, 최근 전자 기기의 다기능화가 진행됨에 따라 전지의 더 많은 고용량화가 추진되고 있으며, 그 결과, 리튬 이온 이차 전지에 이상이 발생했을 때의 전지 케이스 내부의 압력의 상승도 점점 커지고 있다. 이에 대처하기 위해, 전지의 안전성을 보다 확실하게 확보하기 위한 기술에 대한 제안이 다양하게 이루어지고 있다. However, as the multifunctionalization of electronic devices has progressed in recent years, more high-capacity batteries have been promoted, and as a result, the pressure inside the battery case when an abnormality occurs in a lithium ion secondary battery has also increased. In order to cope with this, various proposals have been made for a technique for more reliably securing a battery.
예컨대, 특허문헌 1은, 비수 전해액 전지의 급격한 내압 상승으로 인한 파열, 발화를 방지하기 위해, 봉구체에 마련되는 가스 배출 구멍의 면적을 전지용량 (Ah) 당 0.15~1.2㎠로 하는 것을 제안하였다. For example,
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평 6-187957호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 6-187957
그러나, 도 6에 도시한 종래의 원통형 전지에 있어서, 전지 케이스(102) 내부의 압력이 이상 상승하면, 예컨대 전극군(110)이 조금씩 위로 올라가고, 이에 따라 조립 봉구체(112)의 최하부에 배열된 바닥판(115)이 밀려올라가 하측 밸브판 (120)에 가압될 수가 있었다. 그러한 경우에, 상측 밸브판(118) 및 하측 밸브판 (120)의 파단 용이부(118a 및 120a)의 파단에 의해 형성된 밸브 구멍이 바닥판 (115)에 의해 막히고, 그에 따라 전지 케이스(102)의 내부의 가스를 신속하게 방출할 수가 없게 되는 것도 생각할 수 있다. However, in the conventional cylindrical battery shown in FIG. 6, when the pressure inside the
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 전지 케이스의 내압이 이상 상승했을 때 개방되는, 전지 케이스의 봉구부에 마련된 안전밸브가 다른 부재에 의해 막혀 기능하지 않게 되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to prevent the safety valve provided at the sealing portion of the battery case, which is opened when the internal pressure of the battery case rises abnormally, from being blocked by another member and not functioning.
본 발명은, 발전 요소와, 상기 발전 요소를 수납하는 바닥있는 원통형 전지 케이스와, 상기 전지 케이스의 개구부를 봉구하는 조립 봉구체를 포함하는 원통형 전지로서, The present invention provides a cylindrical battery including a power generating element, a bottomed cylindrical battery case for housing the power generating element, and an assembly sealing body for sealing an opening of the battery case.
상기 조립 봉구체가, 외부 가스 배출 구멍을 갖는 단자판 및 내부 가스 배출 구멍을 갖는 바닥판, 및 그들 사이에 배열된 적어도 하나의 밸브판을 포함하고, The assembly sealing body includes a terminal plate having an external gas discharge hole and a bottom plate having an internal gas discharge hole, and at least one valve plate arranged therebetween,
상기 밸브판을 통하여 상기 단자판과 상기 바닥판이 도통되어 있으며, The terminal plate and the bottom plate are conductive through the valve plate,
상기 밸브판이, 전지 내압이 상승하면 파단되어 밸브 구멍을 형성하는 파단 용이부를 가지고, The valve plate has an easy break portion that breaks when the battery internal pressure rises to form a valve hole,
상기 조립 봉구체가, 상기 바닥판이 상기 밸브판에 눌려붙여졌을 때 상기 밸브 구멍을 막는 것을 방지하는 막힘 방지 기구를 더 포함하는 원통형 전지를 제공한다. The assembly sealing body further provides a cylindrical battery further comprising a blockage preventing mechanism for preventing the valve hole from being blocked when the bottom plate is pressed against the valve plate.
본 발명에 따른 막힘 방지 기구는, 전지 내압이 이상 상승하고, 발전 요소가 조금씩 올라가거나 하여 조립 봉구체의 바닥판이 밸브판 쪽으로 눌려붙여진 경우에도 전지 내압의 상승에 의해 밸브판에 형성되는 밸브 구멍이 바닥판에 의해 막히는 것을 방지한다. 이에 따라, 전지 내압이 이상 상승했을 때, 보다 확실하게 케이스 내부의 가스를 해방시키는 것이 가능해져, 원통형 전지의 안전성을 보다 향상시킬 수 있다. The clogging prevention mechanism according to the present invention has a valve hole formed in the valve plate due to the increase in the battery internal pressure even when the battery inner pressure rises abnormally, the power generation element rises little by little, and the bottom plate of the assembled sealing body is pressed toward the valve plate. Prevent clogging by the bottom plate. As a result, when the battery internal pressure rises abnormally, the gas inside the case can be released more reliably, and the safety of the cylindrical battery can be further improved.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 원통형 전지의 개략 구성을 보인 단면도이다.
도 2는 실시 형태 1의 원통형 전지의 조립 봉구체의 저면도이다.
도 3은 실시 형태 1의 원통형 전지의 변형예의 단면도이다.
도 4는 실시 형태 1의 원통형 전지의 다른 변형예의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 2에 따른 원통형 전지의 개략 구성을 보인 단면도이다.
도 6은 종래예에 따른 원통형 전지의 개략 구성을 보인 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a cylindrical battery according to
2 is a bottom view of the assembled sealing body of the cylindrical battery of
3 is a cross-sectional view of a modification of the cylindrical battery of
4 is a sectional view of another modified example of the cylindrical battery of
5 is a sectional view showing a schematic configuration of a cylindrical battery according to a second embodiment of the present invention.
6 is a sectional view showing a schematic configuration of a cylindrical battery according to a conventional example.
(실시 형태 1)(Embodiment 1)
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, embodiment of this invention is described in detail with reference to drawings.
도 1에 본 발명의 일 실시 형태에 따른 원통형 전지의 개략 구성을 단면도에 의해 나타내었다. 도시한 예의 전지(10)는 원통형의 리튬 이온 이차 전지로서, 양극(2)과, 음극(3)과, 그들 사이에 개재되는 세퍼레이터(4)를 소용돌이 형태로 권회하여 구성된 전극군(20)을 구비하고 있다. 전극군(20)은, 도시하지 않은 비수 전해질과 함께 바닥있는 원통형의 금속제 전지 케이스(1)에 수납된다. 전지 케이스 (1)의 개구부는 조립 봉구체(5)에 의해 봉구되고, 이에 따라 전극군(20) 및 비수 전해질은 전지 케이스(1)의 내부에 밀폐된다. 전지 케이스(1)의 내부에 있어서, 전극군(20)의 상측 및 하측에는 각각 상측 절연판(8A) 및 하측 절연판(8B)이 배열되어 설치된다. 1, the schematic structure of the cylindrical battery which concerns on one Embodiment of this invention was shown by sectional drawing. The
조립 봉구체(5)는 도체로 이루어지는, 모자(hat)형의 단자판(11), 환형의 PTC(positive temperature coefficient: 양의 온도 계수) 서미스터판(12), 원판형의 상측 밸브판(13) 및 하측 밸브판(15), 절연체로 이루어지는 환형의 조립체용 가스켓(14) 및 바닥판(16)으로 구성된다. 바닥판(16)은 조립 봉구체(5)의 최하부에 배치되는 바닥부(17)와, 원통부(16a)와, 바닥부(17)와 원통부(16a)를 연결하는 연결부(16b)를 포함한다. The
바닥부(17)은 원형을 하고 있으며, 그 가장자리부로부터 연결부(16b)가 세워져 올라가 있다. 연결부(16b)의 상승부의 상단에는 평탄부가 계속되어 있고, 그 평탄부의 가장자리부로부터 원통부(16a)가 더 세워져 올라가 있다. 하측 밸브판 (15)은 연결부(16b)의 평탄부 상에 올려져 있다. The
조립체용 가스켓(14)은 상측 밸브판(13)의 주변부와 하측 밸브판(15)의 주변부와의 사이에 배열 설치되어, 상측 밸브판(13)의 주변부와 하측 밸브판(15)의 주변부가 접촉하는 것을 방지하고 있다. 또한, 조립체용 가스켓(14)은 바닥판(16)의 원통부(16a)와 단자판(11)의 가장자리부가 직접적으로 접촉하지 않도록 이 둘 사이에 개재된다. The
조립 봉구체(5)의 가장자리부, 보다 구체적으로는, 바닥판(16)의 원통부 (16a)와 전지 케이스(1)의 개구부와의 사이에는 절연체로 이루어지는 가스켓(9)이 배열 설치된다. 가스켓(9)은 조립 봉구체(5)와 전지 케이스(1)와의 사이를 밀봉함과 아울러, 그들 사이를 절연하고 있다. A
단자판(11)과 PTC 서미스터판(12)은 그들의 주변부에서 접촉하고 있다. PTC 서미스터판(12)과 상측 밸브판(13)은 그들의 주변부에서 접촉하고 있다. 상측 밸브판(13)과 하측 밸브판(15)은 그들의 중앙부에서 접촉하고 있다. 상측 밸브판 (13)의 중앙부와 하측 밸브판(15)의 중앙부는 서로 용접되어 있다. 하측 밸브판 (15)과 바닥판(16)은 하측 밸브판(15)의 주변부와 바닥판(16)의 연결부(16b) 및 원통부(16a)에서 접촉하고 있다. 이상의 구성에 의해, 단자판(11)과 바닥판(16)은 PTC 서미스터판(12) 및 상측 밸브판(13) 및 하측 밸브판(15)의 중앙의 접촉부를 통해 서로 도통된다. The
바닥부(17)는 양극(2)과 양극 리드(6)를 통해 도통된다. 그 결과, 단자판 (11)이 양극(2)과 도통되어, 전지(10)의 양극측의 외부 단자로서 기능한다. 한편, 전지 케이스(1)가 음극(3)과 음극 리드(7)를 통해 도통되어, 전지(10)의 음극측의 외부 단자로서 기능한다. The
어떠한 원인으로 인해 전지(10)에 과도한 전류가 흐르면, PTC 서미스터판 (12)의 온도가 상승하고, PTC 서미스터판(12)의 전기 저항이 증가한다. 이에 따라, 전류가 억제 내지는 차단되어, 전지(10)에 과도한 전류가 흐르는 것이 방지된다. 또한, 나중에 설명하는 바와 같이, 전지 내압이 이상 상승하면 상측 밸브판 (13) 및 하측 밸브판(15)의 중앙부에 밸브 구멍이 형성되어, 상측 밸브판(13)과 하측 밸브판(15)과의 접촉부가 소멸된다. 이에 따라, 단자판(11)과 바닥판(16)과의 도통 상태가 해제된다. If for some reason, excessive current flows in the
조립체용 가스켓(14)의 외부 가장자리부는 바닥판(16)의 원통부(16a)의 상단부보다 더 위로 돌출되어 있다. 이 상태에서, 원통부(16a)의 상단부를 내측으로 굽히도록 하여 크림핑(crimping)함으로써, 단자판(11), PTC 서미스터판(12), 상측 밸브판(13), 조립체용 가스켓(14) 및 하측 밸브판(15)이 바닥판(16)에 고정된다. 이때, 단자판(11), PTC 서미스터판(12) 및 상측 밸브판(13)의 가장자리부는 조립체용 가스켓(14)에 의해 원통부(16a)와 접촉하지 않도록 격리된다. The outer edge of the
조립 봉구체(5)의 단자판(11)은 외부 가스 배출 구멍(22)을 가지고 있다. 조립 봉구체(5)의 바닥판(16)도 또한 내부 가스 배출 구멍(21)을 가지고 있다. The
상측 밸브판(13)은 원형이며, 그 형상과 동심의 환형 홈인 파단 용이부(13a)가 상측 밸브판(13)의 중앙부에 형성되어 있다. 파단 용이부(13a)에 의해 에워싸인 부분은 파단 용이부(13a)의 파단에 의해 밸브 구멍이 개구되는 부분(밸브 구멍 형성부)(13b)으로 되어 있다. The
하측 밸브판(15)도 또한 원형이며, 그 형상과 동심의 환형 홈인 파단 용이부 (15a)를 중앙부에 가지고 있다. 파단 용이부(15a)에 의해 에워싸인 부분은 파단 용이부(15a)의 파단에 의해 밸브 구멍이 개구되는 부분(밸브 구멍 형성부)(15b)으로 되어 있다. The
하측 밸브판(15)의 파단 용이부(15a)의 지름은, 상측 밸브판(13)의 파단 용이부(13a)의 지름보다 약간 작게 되어 있다. 그 결과, 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부(15b)는 전체가 상측 밸브판(13)의 밸브 구멍 형성부(13b)와 겹쳐 있다. 이에 따라, 전지 내압이 이상 상승하여 상측 밸브판(13)의 파단 용이부(13a) 및 하측 밸브판(15)의 파단 용이부(15a)가 파단되었을 때, 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부(15b)가 상측 밸브판(13)에 형성된 밸브 구멍을 막는 것을 방지할 수 있다. The diameter of the
나아가, 같은 이유로, PTC 서미스터판(12)의 중앙의 구멍의 지름은 상측 밸브판(13)의 밸브 구멍 형성부(13b)의 지름보다 약간 크게 되어 있으며, 상측 밸브판(13)의 밸브 구멍 형성부(13b)는 전체가 PTC 서미스터판(12)의 중앙의 구멍과 겹쳐져 있다. 또한, 조립체용 가스켓(14)의 중앙의 구멍의 지름은 PTC 서미스터판 (12)의 중앙의 구멍의 지름보다 크게 되어 있으며, PTC 서미스터판(12)의 중앙의 구멍은 전체가 조립체용 가스켓(14)의 중앙의 구멍과 겹쳐져 있다. Further, for the same reason, the diameter of the hole in the center of the
다음, 도 2를 참조하여, 바닥판(16)에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 도 2는 조립 봉구체의 저면도이다. Next, referring to FIG. 2, the
상기 도면에 도시한 바와 같이, 조립 봉구체(5)의 바닥판(16)에는 소정 수(도시한 예에서는 3개)의 내부 가스 배출 구멍(21)이 형성되어 있다. 그들 내부 가스 배출 구멍(21)은 전지 케이스(1)의 축방향으로 보았을 때 각각의 일부분이 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부(15b)와 겹치고, 나머지 부분이 하측 밸브판(15)의 외측부(15c)와 겹쳐지도록 형성되어 있다. 내부 가스 배출 구멍(21) 각각은 하측 밸브판(15)의 파단 용이부(15a)를 따르도록 만곡되는 긴 구멍으로 되어 있다. As shown in the figure, a predetermined number (three in the illustrated example) of internal gas discharge holes 21 are formed in the
다음, 전지 내압이 이상 상승했을 때, 전지 케이스(1)의 내부의 가스를 보다 확실하게 해방시키기 위한 전지(1)의 안전기구의 동작을 설명한다. Next, the operation of the safety mechanism of the
어떠한 원인으로 전지 내압이 이상 상승하면, 상측 밸브판(13) 및 하측 밸브판(15)의 파단 용이부(13a 및 15a)가 파단되고, 상측 밸브판(13) 및 하측 밸브판 (15)에 도시하지 않은 밸브 구멍이 개구된다. 이에 따라, 전지 케이스(1)의 내부의 가스는 바닥판(16)의 내부 가스 배출 구멍(21)으로부터 상측 밸브판(13) 및 하측 밸브판(15)의 상기 밸브 구멍을 통과하여 단자판(11)의 외부 가스 배출 구멍 (22)으로부터 전지 케이스(1)의 외부로 방출된다. 이와 같이 하여 전지 내압의 이상 상승으로 인한 사고가 방지된다. If the battery internal pressure rises abnormally for any reason, the
그런데, 전지 내압의 상승이 너무 급격하면, 전극군(20)이 조금씩 위로 올라가고, 그에 따라, 바닥부(17)가 하측 밸브판(15)에 가압될 수가 있다. 종래의 전지의 경우, 바닥부(17)가 하측 밸브판(15)에 가압되면, 그 바닥부(17)에 의해 상측 밸브판(13) 및 하측 밸브판(15)에 개구된 밸브 구멍이 막혀 전지 케이스(1)의 내부의 가스를 신속하게 외부로 해방시킬 수 없게 되는 것도 생각할 수 있다. By the way, when the increase in battery internal pressure is too rapid, the
한편, 본 발명의 경우, 바닥판(16)에, 내부 가스 배출 구멍(21)이, 전지 케이스(1)의 축방향으로 보아, 적어도 일부가 상측 밸브판(13) 및 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부(13b 및 15b)와 겹쳐지도록 마련된다. 이에 따라, 상측 밸브판 (13) 및 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍이 바닥부(17)에 의해 완전히 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 전지 케이스(1) 내부의 가스의 배출로를 확보할 수 있다. 따라서, 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. On the other hand, in the case of the present invention, the internal
여기서, 내부 가스 배출 구멍(21)과 겹치는 하측 밸브판(15)의 파단 용이부 (15a)의 길이의 합계는, 파단 용이부(15a) 전체의 길이의 50~80%로 하는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the sum total of the length of the easily
상기 비율이 50% 이상임으로써, 바닥판(16)의 바닥부(17)가 하측 밸브판(15)에 가압될 때 바닥부(17)의 면방향으로 어긋난 경우에도 밸브 구멍이 전부 막히는 것을 피할 수 있다. 한편, 상기 비율이 80% 이하임으로써 바닥부(17)의 강도가 저하되어 버리는 것을 피할 수 있다. When the ratio is 50% or more, even when the bottom 17 of the
도 3에 실시 형태 1의 전지(1)의 변형예를 나타내었다. 3, the modification of the
도 1의 전지(10)에서는, 바닥판(16)에 마련된 소정 수의 내부 가스 배출 구멍(21)은, 전지 케이스(1)의 축방향으로 보았을 때, 각각의 일부분이 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부(15b)와 겹쳐져 있다. 이에 반해, 도 3의 전지(10A)에서는, 바닥판(16A)에 마련된 소정 수의 내부 가스 배출 구멍(31 및 32) 중 일부분의 내부 가스 배출 구멍(31)은, 그 전체가 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부 (15b)와 겹쳐져 있다. 한편, 다른 내부 가스 배출 구멍(32)은 밸브 구멍 형성부 (15b)와 전혀 겹쳐져 있지 않다. 이에 따라, 바닥판(16A)의 바닥부(17A)가 하측 밸브판(15)에 가압되었을 때, 밸브 구멍이 바닥부(17A)에 의해 막히는 것을 방지할 수 있다. In the
도 4에 실시 형태 1의 전지(1)의 다른 변형예를 나타내었다. Another modification of the
도 4의 전지(10B)에서는, 바닥판(16B)에 마련된 소정 수의 내부 가스 배출 구멍(33 및 34) 중 일부분의 내부 가스 배출 구멍(33)은, 전지 케이스(1)의 축방향으로 보았을 때, 일부분만 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부(15b)와 겹쳐져 있다. 한편, 다른 내부 가스 배출 구멍(34)은, 밸브 구멍 형성부(15b)와 전혀 겹쳐져 있지 않다. 이에 따라, 바닥판(16B)의 바닥부(17B)가 하측 밸브판(15)에 가압되었을 때, 밸브 구멍이 바닥부(17B)에 의해 막히는 것을 방지할 수 있다. In the
또한, 도 4의 전지(10B)에서는, 내부 가스 배출 구멍(33)과 겹쳐지는 파단 용이부(15a)의 길이는 50% 미만으로 되어 있다. In addition, in the
이상의 변형예로부터 이해되는 바와 같이, 실시 형태 1의 전지에서는, 조립 봉구체의 바닥판에 마련되는 내부 가스 배출 구멍 중 적어도 하나의 내부 가스 배출 구멍의 적어도 일부분이 하측 밸브판의 밸브 구멍 형성부와 겹쳐져 있으면 된다. 또한, 가스 배출 구멍의 배치나 바닥판에 차지하는 비율(파단 용이부와 겹쳐지는 길이)도 기본적으로는 한정되지 않는다. 그러나, 내부 가스 배출 구멍을, 도 2에 나타낸 바와 같은 배치 및 비율로 마련함으로써 가장 확실하게 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다. As understood from the above modifications, in the battery of
나아가, 바닥판에 형성되는 내부 가스 배출 구멍은 하나일 수도 있고, 2개 이상일 수도 있다. Furthermore, there may be one internal gas exhaust hole formed in the bottom plate, or two or more.
다음, 실시 형태 1에 따른 본 발명의 실시예를 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다. Next, the Example of this
<실시예 1>≪ Example 1 >
이하와 같이 하여 리튬 이온 이차 전지로 이루어지는 시험체를 제조했다. The test body which consists of lithium ion secondary batteries was manufactured as follows.
(양극의 제조)(Manufacture of Anode)
양극 활물질로서, 평균 입자 직경이 10μm인 코발트산 리튬(LiCoO2)을 사용했다. 100중량부의 양극 활물질에, 결착제로서의 8중량부의 폴리불화 비닐리덴 (PVDF)과, 도전재로서의 3중량부의 아세틸렌 블랙과, 적당량의 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP)을 혼합하여 양극 합제 페이스트를 조제했다. As a positive electrode active material, lithium cobalt acid (LiCoO 2) having an average particle diameter of 10 μm was used. To 100 parts by weight of a positive electrode active material, 8 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, 3 parts by weight of acetylene black as a conductive material, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) are mixed The mixture paste was prepared.
그 양극 합제 페이스트를 알루미늄 박으로 이루어지는 양극 집전체의 양면에 양극 리드(6)의 접속 부분을 제외하고 도포하고, 건조하여 양극 합제층을 형성했다. 그와 같이 하여 양극의 전구체를 제조하고, 그 후, 그것을 압연하여 양극을 얻었다. 이때, 집전체의 한쪽면 당 양극 합제층의 두께가 70μm가 되도록 양극의 전구체를 압연했다. The positive electrode mixture paste was applied to both surfaces of the positive electrode current collector made of aluminum foil except for the connecting portion of the
또한, 양극 집전체로서 사용한 알루미늄 박의 길이는 600mm, 폭은 54mm, 두께는 20μm이었다. 또한, 양극 리드(6)의 접속 부분은, 후술하는 바와 같이, 양극의 권취 시작 부분에 형성했다. The aluminum foil used as the positive electrode current collector had a length of 600 mm, a width of 54 mm, and a thickness of 20 μm. In addition, the connection part of the
(음극의 제조)(Manufacture of Cathode)
음극 활물질로서, 평균 입자 직경이 20μm인 인조 흑연을 사용했다. 100중량부의 음극 활물질에, 결착제로서의 1중량부의 스티렌부타디엔 고무와, 증점제로서의 1중량부의 카르복시메틸셀룰로오스와, 적당량의 물을 혼합하여 음극 합제 페이스트를 조제했다. As the negative electrode active material, artificial graphite having an average particle diameter of 20 μm was used. To 100 parts by weight of the negative electrode active material, 1 part by weight of styrene butadiene rubber as a binder, 1 part by weight of carboxymethyl cellulose as a thickener, and an appropriate amount of water were mixed to prepare a negative electrode mixture paste.
그 음극 합제 페이스트를 동박으로 이루어지는 음극 집전체의 양면에 음극 리드(7)의 접속 부분을 제외하고 도포하고, 건조하여 음극 합제층을 형성했다. 이와 같이 하여 음극의 전구체를 제조하고, 그 후 그것을 압연하여 음극을 얻었다. 이 때, 집전체의 한쪽면 당 음극 합제층의 두께가 65μm가 되도록 음극의 전구체를 압연했다. The negative electrode mixture paste was applied to both surfaces of the negative electrode current collector made of copper foil except for the connection portion of the
또한, 음극 집전체로서 사용한 동박의 길이는 630mm, 폭은 56mm, 두께는 10μm이었다. 또한, 음극 리드(7)의 접속 부분은 음극의 권취 종료 부분에 형성했다.Moreover, the length of the copper foil used as a negative electrode collector was 630 mm, width was 56 mm, and thickness was 10 micrometers. In addition, the connection part of the
(조립 봉구체의 제조)(Manufacture of Assembly Seals)
도 1에 도시한 조립 봉구체(5)를 제조했다. 상측 밸브판(13) 및 하측 밸브판(15)은 알루미늄제로 했다. 단자판(11)은 철제로 했다. 바닥판(16)은 알루미늄제로 했다. 조립체용 가스켓(14)은 폴리프로필렌제로 했다. 바닥판(16)의 내부 가스 배출 구멍(21)은 전지 케이스(1)의 축방향으로 보았을 때의 형상(이하, 투사 형상이라고 함)의 내측의 부분이 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부(15b)와 겹치고, 외측의 부분이 하측 밸브판(15)의 파단 용이부(15a)보다 외측의 부분과 겹쳐지도록 형성했다. The assembled sealing
(전지의 조립)(Assembly of the battery)
전술한 바와 같이 하여 제조한 양극 및 음극을, 사이에 세퍼레이터(4)를 개재시켜 적층하여 적층체를 얻었다. 세퍼레이터(4)에는 두께가 20μm인 폴리에틸렌제 다공막을 사용했다. 얻어진 적층체의 양극의 권취 시작 부분에 양극 리드(6)를 접속하고, 음극의 권취 종료 부분에 음극 리드(7)를 접속했다. 양극 리드(6) 및 음극 리드(7)는 각각 상기 접속 부분에 초음파 용접법에 의해 접속했다. 그 상태에서, 상기 적층체를 소용돌이 형태로 권회하여 전극군(20)을 얻었다. The positive electrode and negative electrode produced as mentioned above were laminated | stacked through the separator 4 between them, and the laminated body was obtained. As the separator 4, a polyethylene porous membrane having a thickness of 20 µm was used. The
그와 같이 하여 얻어진 전극군(20)을 철제 전지 케이스(1)에 수납했다. 이 때, 양극 리드(6)를 가장자리부에 폴리프로필렌제 가스켓(9)을 부착한 조립 봉구체 (5)의 바닥판(16)에 레이저 용접법에 의해 용접하고, 음극 리드(7)를 전지 케이스 (1)의 바닥부에 저항 용접법에 의해 용접했다. 전지 케이스(1)는 직경(외경)이 18mm, 높이가 65mm, 캔벽의 두께가 0.15mm인 것을 사용했다. 이 전지 케이스(1)의 두께는 통상 시판되고 있는 원통형의 리튬 이온 이차 전지의 전지 케이스의 두께에 가까운 것이다. 또한, 전극군(20)의 상측 및 하측에는 각각 폴리프로필렌제의 상측절연판(8A) 및 하측 절연판(8B)을 배열 설치했다. 또한, 그 전지 케이스(1)의 측벽의 바닥부에 가까운 위치에 홈파기를 하여, 균열 예정부를 형성했다. The
그리고, 전지 케이스(1) 내에 비수 전해질을 주입했다. 비수 전해질은 에틸렌카보네이트와 에틸메틸카보네이트를 일대일의 체적비로 혼합한 혼합 용매에 6불화 인산 리튬(LiPF6)을 1.0mol/L의 농도로 용해함으로써 조제했다. Then, the nonaqueous electrolyte was injected into the
그리고, 전지 케이스(1)의 개구 단부보다 5mm의 위치에서, 전지 케이스(1)의 둘레 방향을 따라, 내측으로 돌출하는 돌출부(1a)(도 1 참조)를 형성했다. 이에 따라 전극군(20)을 전지 케이스(1)의 내부에 유지했다. And the
다음, 돌출부(1a) 상에 얹도록 해서 조립 봉구체(5)를 전지 케이스(1)의 개구부에 배치했다. 그 후, 전지 케이스(1)의 개구부를 내측으로 굽히도록 크림핑하여, 전지 케이스(1)를 봉구했다. Next, the
이상과 같이 하여 직경이 18mm, 높이가 65mm인 원통형의 리튬 이온 이차 전지로 이루어지는 시험체를 10개 제조했다. 이 리튬 이온 이차 전지의 설계 용량은 2600mAh으로 했다. As mentioned above, ten test bodies which consist of a cylindrical lithium ion secondary battery of 18 mm in diameter and 65 mm in height were manufactured. The design capacity of this lithium ion secondary battery was 2600 mAh.
<실시예 2><Example 2>
캔벽의 두께가 0.12mm인 전지 케이스(1)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 리튬 이온 이차 전지로 이루어지는 시험체를 10개 제조했다. Ten test bodies which consist of lithium ion secondary batteries were produced by the method similar to Example 1 except having used the
<실시예 3><Example 3>
캔벽의 두께가 0.10mm인 전지 케이스(1)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로, 리튬 이온 이차 전지로 이루어지는 시험체를 10개 제조했다. Ten test bodies which consist of lithium ion secondary batteries were produced by the method similar to Example 1 except having used the
<비교예 1>Comparative Example 1
조립 봉구체의 바닥판에, 투사 형상이 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부 (15b)와 전혀 겹쳐지지 않는 가스 배출 구멍을 마련한(도 6참조) 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 리튬 이온 이차 전지로 이루어지는 시험체를 10개 제조했다. The same method as in Example 3, except that the gas discharge hole whose projection shape does not overlap at all with the valve
실시예 1~3, 및 비교예 1의 각 10개의 시험체에 대하여 이하와 같은 시험을 실시했다. 먼저, 25℃의 환경 하에서 1500mA의 정전류로 전지 전압이 4.25V가 될 때가지 충전했다. 충전 후의 시험체를 핫 플레이트 위에 놓고, 25℃ 내지 200℃까지 매초 1℃씩 온도가 상승하도록 가열했다. 그리고, 전지 케이스(1)에 작은 균열이 발생한 시험체의 개수를 셌다. The following tests were done about each of the ten test bodies of Examples 1-3 and the comparative example 1. First, the battery was charged at a constant current of 1500 mA under an environment of 25 ° C. until the battery voltage became 4.25 V. The test body after filling was put on the hotplate, and it heated so that temperature might rise by 1 degreeC every second to 25 degreeC-200 degreeC. And the number of the test bodies which the small crack generate | occur | produced in the
이상의 결과를 표 1에 나타내었다.The above results are shown in Table 1.
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1~3에서는 시험체에 균열이 생기지 않았다. 이는, 실시예 1~3에서는 바닥판(16)의 적어도 하나의 내부 가스 배출 구멍 (21)의 투사 형상의 적어도 일부분이 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부(15b)와 겹쳐져 있기 때문이다. 이에 따라, 바닥부(17)가 전지 내압의 상승에 의해 하측 밸브판(15)에 가압되었을 때에도, 하측 밸브판(15)에 개구된 밸브 구멍이 전부 바닥부(17)에 의해 막혀 버리는 일이 없었기 때문이라고 생각된다. 따라서, 실시예 3과 같이, 전지 케이스(1)의 두께를 통상의 것(실시예 1 참조)보다 상당히 얇게 해도 균열은 생기지 않았다. As shown in Table 1, in Examples 1-3, the crack did not generate | occur | produce in the test body. This is because in Examples 1 to 3, at least a part of the projection shape of the at least one internal
이에 반해, 비교예 1에서는 시험체에 균열이 생긴 것이 3개 있었다. 이는, 그들 시험체에 있어서, 바닥부(17)가 전지 내압의 상승에 의해 하측 밸브판(15)에 가압되었을 때, 하측 밸브판(15)에 개구된 밸브 구멍이 바닥부(17)에 의해 막혀 전지 내압이 과도하게 커졌기 때문이라고 생각된다. In contrast, in Comparative Example 1, there were three cracks in the test body. In these test bodies, when the
비교예 1에서의 이 결과는, 전지 케이스(1)의 두께를 통상보다 상당히 얇게 한 것에도 기인한다고 생각된다. 그러나, 전지 케이스(1)의 두께가 통상의 두께라 하더라도 몇천개, 몇만개 혹은 몇십만개라는 전지 중에는, 비교예 1과 동일한 균열이 생기는 전지가 없다고는 단정지을 수 없다. This result in the comparative example 1 is considered to originate also in making the thickness of the
따라서, 상기 결과는, 본 발명에 의해 전지의 안전성이 향상된 것을 나타내는 것이라고 할 수 있다. Therefore, it can be said that the said result shows the improvement of the safety of a battery by this invention.
(실시 형태 2)(Embodiment 2)
다음, 본 발명의 실시 형태 2를 설명한다. 도 5에 실시 형태 2에 따른 전지의 개략적인 구성을 단면도에 의해 나타내었다. 실시 형태 2는, 실시 형태 1을 변형한 것으로서, 이하에서는 실시 형태 1과 다른 부분을 주로 설명한다. Next,
실시 형태 2에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 바닥판(16C)은, 하측 밸브판 (15)의 밸브 구멍 형성부(15b)와 겹치는 위치에 내부 가스 배출 구멍(35)이 형성되어 있지 않다. 대신, 바닥판(16C)은, 바닥부(17C)가 하측 밸브판(15)에 가압되었을때 하측 밸브판(15)의 외측부(15c)와 맞닿는 돌출부(23)를 갖는다. 돌출부(23)는 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍이 바닥부(17C)에 의해 막혀 버리는 것을 방지한다. In
보다 구체적으로는, 도 5의 전지(10C)에서는, 바닥부(17C)의 하측 밸브판 (15)의 외측부(15c)와 대향하는 위치에 돌출부(23)가 마련되어 있다. 그러한 위치에 돌출부(23)를 마련함으로써, 바닥부(17C)가 하측 밸브판(15)에 가압되어도 바닥부(17C)와 하측 밸브판(15)과의 사이에 공극을 확보하는 것이 가능해진다. 따라서, 하측 밸브판(15)에 개구되는 밸브 구멍을 바닥부(17C)에 의해 막아 버리는 것을 피할 수 있다. 또한, 바닥부(17C)에 돌출부(23)를 마련하는 것 이외에, 바닥부 (17C)의 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍 형성부(15b)와 겹쳐지는 위치에 내부 가스 배출 구멍을 형성하는 것도 물론 가능하다. More specifically, in the
돌출부(23)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 바닥부(17C)와 다른 부재로 구성하는 것도 가능하다. 또한, 돌출부(23)는, 바닥판(16C)과 일체로 형성하는 것도 가능하다. 그 재질은 어느 정도 이상의 강성을 가지면 되며, 특별히 한정되지 않는다. 그 형상은, 환형으로 하거나, 독립된 돌기형으로 할 수 있다. 독립된 돌기형으로 한 경우의 개수는, 보다 확실하게 하측 밸브판(15)의 밸브 구멍이 바닥부 (17C)에 의해 막혀 버리는 것을 방지하기 위해, 적어도 3개 이상으로 하는 것이 바람직하다. As shown in FIG. 5, the protruding
이상과 같이, 바닥부(17C)가 하측 밸브판(15) 쪽으로 가압되었을 때 하측 밸브판(15)의 외측부(15c)와 맞닿을 위치에 돌출부(23)를 마련함으로써, 하측 밸브판 (15)의 밸브 구멍이 바닥부(17C)에 의해 막혀 버리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 원통형 전지의 안전성이 향상된다.As described above, the
본 발명에 따르면, 안전성이 향상된 원통형 전지를 제공할 수 있다. 이러한 본 발명의 원통형 전지는, 특히 개인용 컴퓨터, 휴대 전화, 모바일 기기, 휴대 정보 단말기(PDA), 휴대용 게임기기 및 비디오 카메라 등의 휴대용 전자 기기의 전원으로서 유용하다. 또한, 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 연료전지 자동차 등의 교통용 기기에 있어서, 그 전동기의 구동을 보조하는 전원으로서도 유용하다. 또한, 전동 공구, 청소기 및 로봇 등의 구동용 전원으로서도 유용하며, 플러그인 HEV의 동력원으로서도 유용하다.According to the present invention, it is possible to provide a cylindrical battery with improved safety. Such a cylindrical battery of the present invention is particularly useful as a power source for portable electronic devices such as personal computers, mobile phones, mobile devices, portable digital assistants (PDAs), portable game devices, and video cameras. In addition, in transportation equipment such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, and a fuel cell vehicle, it is also useful as a power source for assisting the driving of the electric motor. It is also useful as a power source for driving power tools, vacuum cleaners and robots, and also as a power source for plug-in HEVs.
1…전지 케이스,
5…조립 봉구체,
10, 10A, 10B, 10C…전지,
11…단자판,
13…상측 밸브판,
13a…파단 용이부,
13b…밸브 구멍 형성부,
15…하측 밸브판,
15a…파단 용이부,
15b…밸브 구멍 형성부,
15c…외측부,
16, 16A, 16B, 16C…바닥판,
17, 17A, 17B, 17C…바닥부,
20…전극군,
21, 31, 32, 33, 34, 35…내부 가스 배출 구멍,
22…외부 가스 배출 구멍,
23…돌출부, One… Battery case,
5... Assembly ball body,
10, 10A, 10B, 10C... battery,
11 ... Terminal Block,
13... Upper valve plate,
13a... Ease of Breaking,
13b... Valve hole forming part,
15... Lower valve plate,
15a... Ease of Breaking,
15b... Valve hole forming part,
15c... Outer,
16, 16A, 16B, 16C... Bottom Plate,
17, 17A, 17B, 17C... Bottom View,
20... Electrode group,
21, 31, 32, 33, 34, 35... Internal gas exhaust holes,
22... External gas exhaust holes,
23 ... projection part,
Claims (10)
상기 조립 봉구체가, 외부 가스 배출 구멍을 갖는 단자판 및 내부 가스 배출 구멍을 갖는 바닥판 및 그들 사이에 배열된 적어도 하나의 밸브판을 포함하고,
상기 밸브판을 통해 상기 단자판과 상기 바닥판이 도통되어 있고,
상기 밸브판이, 전지 내압이 상승하면 파단되어 밸브 구멍을 형성하는 파단 용이부를 가지며,
상기 조립 봉구체가, 상기 바닥판이 상기 밸브판에 가압되었을 때 상기 밸브 구멍을 막는 것을 방지하는 막힘 방지 기구를 더 포함하는 원통형 전지. A cylindrical battery comprising a power generation element, a bottomed cylindrical battery case accommodating the power generation element, and an assembly sealing body sealing the opening of the battery case.
The assembly sealing body comprises a terminal plate having an external gas discharge hole and a bottom plate having an internal gas discharge hole and at least one valve plate arranged therebetween,
The terminal plate and the bottom plate are conducted through the valve plate,
The valve plate has an easy break portion that breaks when the battery internal pressure rises to form a valve hole,
And the assembly sealing body further comprises a blockage preventing mechanism for preventing the valve hole from being blocked when the bottom plate is pressed against the valve plate.
상기 밸브판이 상기 바닥판과 동심으로 배열된 제2원판형 부재로 이루어지며,
상기 밸브판의 상기 밸브 구멍이 개구되는 부분이, 상기 밸브판의 중앙부에 위치하면서, 상기 밸브판과 동심의 원형부분으로 이루어지고,
상기 파단 용이부가 환형이고, 그 전체 길이의 50~80%가, 상기 내부 가스 배출 구멍과 겹쳐있는 원통형 전지. The method according to claim 2, wherein the bottom plate is made of a first disc-shaped member,
The valve plate is made of a second disc-like member arranged concentrically with the bottom plate,
The part in which the said valve hole of the said valve board is opened consists of a circular part concentric with the said valve board, being located in the center part of the said valve board,
A cylindrical battery in which the breakable portion is annular and 50 to 80% of its total length overlaps the internal gas discharge hole.
상기 전지 케이스의 축방향으로 보았을 때, 적어도 하나의 상기 내부 가스 배출 구멍은, 전체가 상기 밸브판의 상기 밸브 구멍이 개구되는 부분과 겹치고, 다른 상기 가스 배출 구멍은, 상기 밸브판의 상기 밸브 구멍이 개구되는 부분과 전혀 겹쳐있지 않은 원통형 전지. The method of claim 2, wherein the bottom plate has a plurality of the internal gas discharge holes,
When viewed in the axial direction of the battery case, at least one of the internal gas discharge holes overlaps with a portion where the valve hole of the valve plate is opened, and the other gas discharge hole is the valve hole of the valve plate. A cylindrical cell that does not overlap at all with this opening.
상기 전지 케이스의 축방향으로 보았을 때, 적어도 하나의 상기 내부 가스 배출 구멍은 일부분만이 상기 밸브판의 상기 밸브 구멍이 개구되는 부분과 겹치고, 다른 상기 내부 가스 배출 구멍은, 상기 밸브판의 상기 밸브 구멍이 개구되는 부분과 전혀 겹쳐있지 않은 원통형 전지. The method of claim 2, wherein the bottom plate has a plurality of the internal gas discharge hole,
When viewed in the axial direction of the battery case, at least one of the internal gas discharge holes overlaps with a portion where the valve hole of the valve plate is opened, and another internal gas discharge hole is the valve of the valve plate. Cylindrical cells that do not overlap at all with openings.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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